نانوذرات دی اکسید تیتانیوم با ابعاد زیر ۱۵ نانومتر در شرایط دمایی محیط به دست پژوهشگران دانشگاه سمنان سنتز شد. در این سنتز ذرات ۵ نانومتری نیز مشاهده شده است.
سنتز نانوذرات در شرایط دمایی محیط
نانوذرات دی اکسید تیتانیوم با ابعاد زیر ۱۵ نانومتر در شرایط دمایی محیط به دست پژوهشگران دانشگاه سمنان سنتز شد. در این سنتز ذرات ۵ نانومتری نیز مشاهده شده است.
به طور کلی نانوذرات در حال حاضر ازطیف وسیعی از مواد ساخته می‌شوند؛ معمول‌ترین آنها نانوذرات سرامیکی هستند، که به بخش سرامیک‌های اکسید فلزی- نظیر اکسید‌های تیتانیوم، روی، آلومینیوم و آهن-نانوذرات سیلیکات که عموماً به شکل ذرات نانومقیاسی خاک رس هستند، تقسیم می‌شوند. دی اکسید تیتانیوم یک نیمه‌هادی و فوتوکاتالیست مطرح با خواص اپیتیکی عالی است و از جمله مواد مهمی است که در فن آوری نانو مورد توجه بسیار قرار گرفته است. برای تولید این نانو پودر از روش‌های مختلفی مانند آسیاب کردن، هیدرولیز، واکنش‌های فاز بخار، رسوب، سل ژل و روش‌های حرارتی- آبی استفاده می‌شود. همچنین دی اکسید تیتانیوم با فرمول شیمیایی TiO2 دارای دو ساختار کریستالی کلی موسوم به آناتایز و روتیل است، که از جمله موادی است که در فناوری نانو بسیار مورد توجه قرار گرفته و کاربردهای فراوانی در مهندسی پیدا کرده است. دی اکسید تیتانیوم دارای خواص دی الکتریکی، اپتیکی و کاتالیستی عالی است. سنسور‌های گازی، حسگرهای شیمیایی، رنگدانه‌ها در صنایع رنگ و لوازم آرایشی، لیزرهای نوری، سلول‌های خورشیدی، پوشش‌های اپتیکی، کاتالیست‌های نوری و ابزارهای فوتوالکتریک از جمله کاربردهای دی اکسید تیتانیوم است. علاوه‌بر این نیمه‌هادی‌های اکسید فلزی به خاطر ثابت دی الکتریکی بالایی که دارند مورد توجه هستند. با توجه به کاربردهای گسترده این ماده اهمیت استفاده آن در بسیاری از صنایع غیر قابل انکار است.
مهندس میلاد دالوندی، فوق لیسانس مهندسی مواد از دانشگاه سمنان، به بخش خبری ستاد ویژه توسعه فناوری نانو گفت: «هدف از انجام این طرح سنتز پودر دی اکسید تیتانیوم در مقیاس نانو و در دمای محیط بود که خوشبختانه به هدف مورد نظر دست یافتیم و پودری با اندازه ذرات زیر ۱۵ نانومتر در دمای محیط را سنتز کردیم.»
وی در ادامه سخنان با اشاره به مراحل این تحقیقات افزود: «در این تحقیق تترا – n -بوتیل اورتوتیتانات به عنوان آلکوکسید فلزی پیش ساز در نظر گرفته شد و از آب دیونیزه شده به عنوان محلول رقیق‌کننده استفاده شد. تترا – n -بوتیل اورتوتیتانات را به نسبت مشخصی با آب دیونیزه شده مخلوط کردیم به این صورت که آب دیونیزه را با همزن مغناطیسی به طور یکنواخت متلاطم کرده سپس تترا-n- بوتیل اورتوتیتانات را قطره قطره به آن اضافه کردیم. در این مرحله با اضافه کردن اسید کلریدریک ۳۵% به عنوان کاتالیزور، PH محلول را به میزان معینی تنظیم کردیم تا سل به دست آید. این سل در دمای محیط بر روی همزن مغناطیسی هم زده شد تا یکنواخت شود. سل یکنواخت به دست آمده بعد از گذشت ۴۸ ساعت باز هم یکنواخت و پایدار بود و هیچ گونه رسوبی مشاهده نشد و پایداری شیمیایی و فیزیکی آن به اثبات رسید. در ادامه کار برای انتقال سل به حالت ژل PH را با استفاده از محلول آمونیاک تغییر دادیم. ژل به دست آمده که شیری رنگ و کاملاً پایدار بود به مدت ۱۸ ساعت در دمای Cº ۸۰ خشک شد. بلوک‌های حاصل از خشک شدن ژل را در دماهای مختلف کلسینه کردیم، سپس نمونه‌ها را در آسیاب گلوله‌ای به صورت رفت و برگشتی آسیاب کردیم. برای جلوگیری از به هم چسبیدن ذرات پودر و جوش خوردنشان در حین آسیاب، از متانول استفاده شد. پودرهای آسیاب شده برای خارج شدن متانول در دمای Cº ۸۰ خشک شدند. آزمایشات مختلف جهت بررسی خواص بر روی نمونه انجام شد.»
دالوندی به نتایج این تحقیقات نیز اشاره کرده و گفت: «نتایج آزمایشاتی که انجام شد به ما نشان داد که پودر دی اکسید تیتانیوم در ابعاد زیر ۱۵ نانومتر به وسیله روش شیمیایی سل ژل قابل تولید است. پراکندگی اندازه ذرات در این روش شیمیایی تولید نانو پودر کمتر مشهود است به گونه‌ای که با کنترل دقیق شرایط آزمایش به ابعاد زیر ۵ نانومتر نیز دست پیدا کردیم. پودرهای تولیدی از نظر مورفولوژی به صورت کروی و تقریباً منظم بودند که این به خاطر پایداری بالای سل تهیه شده در ابتدای کار است که ناشی از پایداری شیمیایی و فیزیکی سل اولیه است. در بین پارامترهای مؤثر بر اندازه ذرات دی اکسید تیتانیوم، میزان PH و تغییرات آن و دمای کلسیناسیون نسبت به غلظت محلول و زمان کلسینه کردن، تأثیر بیشتری داشتند. همچنین زمان‌های کلسینه کردن با توجه به دماهای کلسیناسیون می‌توانند تأثیر مشابهی بر روی اندازه ذرات داشته باشند. در دماهای کلسیناسیون زیر Cº ۵۵۰ فاز پایدار غالباً فاز آناتایز است و تغییر فاز از آناتایز به روتیل که در بازه دمایی ۵۵۰ تا Cº ۶۵۰ شروع شده بود تقریباً در Cº۸۰۰ کامل می‌شود. همانگونه که در این تحقیق مشاهده شد با افزایش کسر مولی اسید، افزایش در شدت پیک‌های ثبت شده به‌وسیله‌ی XRD را داشتیم که غالباً آناتایز هستند. با افزایش بیشتر کسر مولی اسید و افزایش PH شاهد شروع جوانه زنی فاز روتیل بودیم و با ادامه دادن این افزایش کسر مولی دیدیم که شدت پیک‌های روتیل در تصاویر XRD نیز افزایش یافت.»
نتایج این کار تحقیقاتی که به دست مهندس میلاد دالوندی (فوق لیسانس مهندسی مواد از دانشگاه سمنان) و دکتر بهروز قاسمی (عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی مواد دانشگاه سمنان) صورت گرفته است، در مجله Journal of Sol-Gel Science and Technology (جلد ۶۶، شماره ۱، آوریل سال۲۰۱۳، صفحات ۶۸–۷۲) منتشرشده است.
